某1000MW机组高旁阀螺栓断裂原因分析-北极星火力发电网

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1 设备简介

某汽轮机组是东方汽轮机厂生产的1000MW超超临界、一次中间再热、冲动式、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，机组型号为N1000－25/600/600。机组高低压旁路为二级串联布置，机组共配置1套高压旁路装置和2套低压旁路，高、低旁阀均布置在汽机房16m运转层。高、低压旁路装置由CCI公司制造，高压旁路装置型号为HBSE280-300，低压旁路装置型号为HBSE80-600。

（来源：微信公众号“汽机监督” ID：qijijiandu 作者：浙江电科院胡洲）

2 故障描述

该机组于2014年投产，运行约1年后即发生高旁阀螺栓全部断裂的严重事故，事故详情如下：

事故发生前，机组负荷798MW，主/再热汽压19.99MPa/3.25MPa，主/再热汽温595.7℃/602.4℃，高、低旁路阀“跟随模式”运行。机组稳定运行中，汽机房机侧突然发生巨大异声，机组负荷及主汽压力迅速下滑，大屏报警显示“旁路动作、高低旁异常”，高旁油站油压自22.77MPa开始，12秒时间急剧下降至0.83MPa，高旁后温度自258.9℃上升至404℃，高旁开度指令0％，阀位反馈在0％～100％急剧无序地波动。高旁阀、高旁减温水阀显示“故障”，手操高旁阀及高旁减温水阀无效，此时，汽机房内声音震耳欲聋，汽机房蒸汽弥漫，蒸汽持续泄漏，判断高旁阀处存在严重泄漏，急减负荷至296MW，手动“紧急停机”。事故过程中机组主要参数变化情况见图1。

图1 机组主要参数变化

事故发生后，检查现场，发现高旁阀严重损坏，高旁阀阀盖被冲飞掉落在汽机房16m运行平台，高旁阀芯、笼套被冲飞后，穿破汽机房楼板坠落于汽机房顶，高旁阀操纵座油动机掉落在汽机房7.6m平台。高旁阀阀盖上16颗螺栓全部断裂，阀笼严重变形，汽机房#2行车损坏，汽机房房顶及部分墙面、地面受到不同程度破坏。高旁阀阀盖螺栓断裂情况见图2，阀笼变形情况见图3。

图2 高旁阀阀盖螺栓断裂

图3 高旁阀阀笼变形

3 故障分析

该机组高旁阀形式均为角式，水平进下出，执行机构垂直布置，高旁阀外形及内部结构分别见图4、图5。

图4 高旁阀外形

图5 高旁阀内部结构

HBSE 280-300高旁阀不带自密封结构，阀盖与阀体密封依靠阀盖螺栓紧力密封。高旁阀阀盖螺栓共有16枚，由于通过螺栓紧力密封阀盖与阀体，因此阀盖螺栓始终处于受力状态，在阀门关闭状态下承受阀后压力，阀门开启状态下承受阀前压力。

高旁阀阀盖螺栓为圆柱型结构，螺栓为B446不锈钢材质，螺柱与螺纹过渡区无弧段，存在应力集中的可能；而现场断裂螺栓光谱检查结果表明，B446螺栓存在550℃以上高温下变脆的可能。高旁阀阀盖16枚螺栓均在阀体结合面螺纹套第一牙处断裂（见图6），螺栓断裂面无新旧伤痕色差。

图6 高旁阀阀盖螺栓断面

综上所述，高旁阀密封形式设计不合理，导致阀盖螺栓始终受力，高温环境下阀盖螺栓材质性能下降等原因，导致螺栓出现质量问题，螺栓有可能在同一时间区间断裂。因此，螺栓的材质和结构型式是造成高旁阀门盖螺栓断裂的主要原因。

4 处理方法

图7 改造后高旁阀外形

图8 改造后高旁阀内部结构

高旁阀阀盖螺栓断裂故障造成高旁阀严重受损。高旁阀故障后，临时采取了以下紧急处理措施：对油动机和框架进行了更换；临时制作了F91材质阀笼，将阀笼原设计的986个节流孔改为12条腰型槽，笼罩的通流面积由原来的190cm2变为195cm2，行程由原150mm变为120mm；对阀盖密封导向损伤部位进行了修复，配置了导向环；原B446不锈钢材质无法满足使用要求，将其全部更换为更高规格的B637螺栓（材质INCONEL-718）。经上述处理后，高旁阀完成了临时修复并投入了使用，后期对高旁阀安排了整体更换，将其更换为带自密封结构形式的高旁阀（改造后的高旁阀结果见图7、图8），彻底消除了依靠高旁阀螺栓紧力密封阀盖和阀体时螺栓易断裂的安全隐患。

5结论与建议

不带自密封结构的高旁阀，是依靠阀盖螺栓紧力密封阀体，阀盖螺栓将始终处于受力状态，这种密封型式的高旁阀存在螺栓断裂的安全隐患；而CCI公司提供的高旁阀螺栓在运行1年左右的短时间内就出现全部断裂现象，说明这批B446不锈钢材质螺栓确实存在不安全因素；该机组投产前后，高、低旁螺栓并未纳入正常的金属检测范围，螺栓的安全评估亦存在盲区。

建议电厂在高、低旁阀的密封选型上，选择带自密封结构型式的旁路阀，减轻阀盖螺栓的受力；将高、低旁阀盖螺栓金属检测纳入正常检测范围，制定检测周期，做好螺栓寿命监测和安全评估，机组检修时需加强对高、低旁阀盖螺栓的检查，对发现受损的螺栓时应及时更换；运行中要加强对高、低旁阀状态的监视（安装摄像头实现对现场的实时监控，布置测温元件实现对阀盖及螺栓温度的连续在线监测等），减少运行人员在高、低旁区域的活动，发现高、低旁阀状态异常时，应及时组织专业分析，制定防范措施及故障处理紧急预案，防止高、低旁阀螺栓断裂后出现人身伤亡、设备损坏的重大安全事故。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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